26. Ядерні реакції поділу. Ядерний реактор. Ядерні реакції розпаду

Детальніше: Поділ ядра

1939 року було виявлено, що ядра урану-235 здатні не тільки до спонтанного поділу (на два легших ядра) з виділенням ~200 МеВ енергії та випроміненням двох-трьох нейтронів, але й довимушеного поділу, що ініціюється нейтронами. Враховуючи, що у результаті такого поділу теж випромінюються нейтрони, які можуть викликати нові реакції вимушеного поділу сусідніх ядер урану, стала очевидною можливість ланцюгової ядерної реакції. Така реакція не відбувається у природі лише тому, що природний уран на 99,3% складається з ізотопу урану-238, а до реакції поділу придатний тільки уран-235, якого у природному урані міститься лише 0,7%.

Механізм ядерної реакції розпаду полягає у наступному. Ядерні сили через взаємодію обмінними віртуальними частинками (у більшості випадків відбувається піон-нуклонна взаємодія), час життя яких, відповідно до принципу невизначеності Гейзенберга, обмежений невеликою величиною dt = h'/dE = R/V = (1,3*10^-15/3*10¹⁰) * (140/8)^0,5 = 2,3*10^-23 с, мають нецентральний характер. Це означає, що нуклони не можуть взаємодіяти одночасно з усіма нуклонами у ядрі, особливо у багатонуклонних ядрах. При великій кількості нуклонів у ядрі це обумовлює асиметрію густини ядерних сил та наступну асиметрію нуклонного зв'язку, а отже, і асиметрію енергії по об'єму ядра. Ядро набуває форми, яка суттєво відрізняється від сферичної. У такому разі електростатична взаємодія між протонами може за величиною енергії наближатися до сильної взаємодії.

Таким чином, внаслідок асиметрії, енергетичний бар'єр поділу долається, і ядро розпадається на легші ядра, асиметричні за масою.

Іноді ядро може тунелювати у стан з меншою енергією.

Я́дерный реа́ктор — это устройство, в котором осуществляется управляемая цепная ядерная реакция, сопровождающаяся выделением энергии. Первый ядерный реактор построен в декабре 1942 года в США под руководством Э. Ферми. В Европе первым ядерным реактором стала установка Ф-1. Она была запущена 25 декабря 1946 года в Москве под руководством И. В. Курчатова.^[1]

К 1978 году в мире работало уже около сотни ядерных реакторов различных типов. Составными частями любого ядерного реактора являются: активная зона с ядерным топливом, обычно окруженная отражателем нейтронов, теплоноситель, система регулирования цепной реакции, радиационная защита, система дистанционного управления. Основной характеристикой ядерного реактора является его мощность. Мощность в 1 МВт соответствует цепной реакции, в которой происходит 3×10¹⁶ актов деления в 1 сек.

27.Реакції термоядерного синтезу та їх основні властивості

Термоядерна реакція — реакція синтезу (злиття) легких ядер. У результаті вимушеного зближення між ядрами виникають сили притягання, достатні для втримання ядер. У такий спосіб утворюється новий елемент. У природі такі процеси відбуваються в зірках. На цих реакціях ґрунтується принцип дії водневої бомби.

У реакціях синтезу виділяється енергії більше, ніж при діленні важких ядер. При синтезі 400 грамів гелію звільняється енергія, еквівалентна 10 400 тонам вугілля, або 2 грами дейтерію дають 1013 джоуль енергії.

Але досі на Землі не вдалося здійснити керовану термоядерну реакцію, тому що для зближення ядер атомів на близькі відстані необхідна велика енергія. Єдина можливість – це перевести речовину в стан плазми, а потім збільшити температуру плазми настільки, щоб ядра почали взаємодіяти. Але поки що на Землі не знайдено матеріалу, який би витримав температуру у 10 у 7 степені кельвінів. Некерована реакція синтезу вибухового типу була використана у водневій бомбі.

Створення керованої термоядерної реакції є генеральним напрямом енергетики майбутнього.